1.2 几种天线结构

将不同结构和器件组成的多个无线通信系统集成于一个单一平面电路中已得到广泛关注。共面波导（CPW）下的狭槽天线已成为重要的候选之一，因其单平面的结构，宽的带宽并且它容易与无线电频率前端电路系统集成，因此具有独特的性能。据我们所知，应用CPW作为馈线的狭槽天线可以拥有双频或多频性能。狭槽环已成为许多文献中的基本结构，但是它们会固有的产生高交叉极化辐射的缺点。另一方面，当设计多频天线时，谐振或辐射部分之间产生的耦合效应经常使设计过程复杂化。因此，最理想的是拥有独立的调节设计参数以针对不同性能的频率要求，方便天线设计时的尺寸调节。狭槽偶极子天线的优点是它拥有三频性能以及它能在较高的谐振频率到较低频率范围内调谐，且高低频比较大。然而它的主要缺点是因为它缺少对称结构而造成其轻微地高的交叉极化。这种天线因其满足各种要求和它每个频带稳定的辐射特性而被广泛研究，设计这种三频天线已在多篇文献中进行了讨论。再加上它简单和单平面的结构，三种频率之间几乎独立的配置使其在实际多频应用中更为适合。其几何图如图1.1所示。

图1.1共面波导馈电缝隙耦合的三频偶极子天线几何图

有数据表明，从定向传输与接收中的灵活性和稳定性看来，圆极化（CP）天线比线极化天线更适合。圆极化天线可以应用在无线电频率识别（RFID），无线局域网（WLAN），全球定位系统（GPS），卫星通信和移动通信系统中。全球航海卫星系统（GNSS）利用圆极化天线使信号在电离层的传输中起伏达到最小。圆极化天线在无线局域网系统的应用中可显著地提高链路预算中的极化效率。同时实验也证实了定向型圆极化天线的应用导致了传播损耗的减少，与全向和定向的线极化天线相比在同一个位置，接收性能更强。因此，多频、定向、宽带的圆极化天线的设计已经成为相关研究中的一个较主要的问题[2]。

双频带天线是利用两个不同的工作频带，在无线通讯系统中也是一种好的形式。许多文献中也都有提出很多实用的设计。带狭槽或附加狭条的单平面结构可以实现双频性能。改变狭槽或狭条的尺寸，两个独立的频带就建立起来了。双频带天线也可以通过结合一个单极子天线和一个狭槽天线而产生各自的频带来实现。如今三频天线因其更能达到现代通讯系统的要求而逐渐取代了双频天线的位置。有许多双层的三频天线利用上述的方法来设计（例如，利用多环辐射体或狭槽来增加运行频带）。然而，双层设计使制造过程更复杂化。为了使其更简便，让天线用单平面结构，但仍然保持多个狭带和狭槽。并且，多个狭槽也可以用于四频天线。不同于之前用多个天线覆盖多个频带，而是用一个普通的SIR狭槽辐射体应用在双频和三频操作中以减小电路尺寸[3]。另一方面，除了对多频天线不断增加的需求，宽带天线也应用在了越来越多的无线通讯系统中。

随着21世纪初超材料的到来，运用亚波长谐振器使印刷天线的性能增强成为了研究的主要关注点。当超材料单元用在天线的近场时能抵消储存的电能或磁能，以及在它们主要辐射体谐振频率下的辐射机理，从而使辐射体电尺寸的最小化。复合型左右手传输线（CRLHTL）具有与传统传输线（TL）相比更好的性能。CRLHTL负次和零次谐振的性能成功地应用到了小型多频天线的设计中。超材料单元格在传统的线极化（LP）印刷天线比如贴片、单极、偶极、狭槽和线圈天线的应用可以达到同时小型化和多频效果，变得越来越为大众知晓[4]。在偶极臂下方的互补开口谐振环（CSRR）上凿刻一个铜贴片，CRLHTL单元格可以达到三频特性。